Файл: Судовые системы автоматического контроля (системный подход к проектированию)..pdf

Одной из наиболее распространённых характеристик надежности является интенсивность отказов

Связь интенсивности отказов с рассмотренными характеристи­

ками определяется выражениями

Среднее время исправной работы Гср характеризует среднее

время работы системы до снижения ее эффективности ниже заданного

Другой временной характеристикой надежности является на­ работка на отказ, или среднее время между отказами tcp.

Эта характеристика определяется как

П

С-1, i

,_ г=1

53-

Отличие tcр от Тср состоит В том, Что учитывается случайное время работы между двумя последовательными отказами. Для про­ стейшего потока отказов Тср = tcp в других случаях эти характери­

стики не равны.

Рассмотренные характеристики порознь не являются исчерпы­ вающими для определения надежности системы, поэтому их необ­ ходимо использовать в совокупности. Однако и в этом случае они не позволяют оценить ряд свойств системы, относящихся к надеж­

ности. Поэтому дополнительно к приведенным характеристикам

вводятся так называемые коэффициенты надежности. Важнейший из

них — коэффициент готовности Кг, при рассматриваемом подходе представляющий собой вероятность, что в любой момент времени в промежутке (0, t) САК будет функционировать с эффективностью

не ниже заданной. Этот коэффициент учитывает среднее время между отказами tcp и среднее время восстановления tB. Время вос­

становления определяется временем поиска причины и места не­

Для учета времени, затрачиваемого на профилактические ра­ боты, применяется коэффициент использования

К____ Ар_____

иАр + А ■+ tnp ’

гДе АР — время, затрачиваемое на профилактическое обслужива­ ние системы в среднем на один отказ за рассматриваемый промежу­

ток времени.

Выбор той или иной характеристики надежности зависит от спо­

соба использования аппаратуры, вида избыточности и т. д. Так,

для аппаратуры разового действия, в отличие от аппаратуры, ко­ торая в процессе работы ремонтируется, такие характеристики, как

54

средняя частота отказов, среднее время между отказами, коэффи­ циент готовности, не могут быть использованы.

Для резервированных систем можно исключить из рассмотрения среднее время безотказной работы и среднее время между отказами.

Судовые САК можно рассматривать как частично восстанавли­

ваемые системы. Поэтому при расчете надежности их целесообразно

разбивать на две гипотетические подсистемы, в первую из которых

входят невосстанавливаемые элементы (узлы, блоки), а во вторую —

Рис. 2.1.

восстанавливаемые. Тогда надежность всей системы определяется как произведение вероятности безотказной работы первой подси­

стемы на коэффициент готовности второй.

Если разработанная САК не удовлетворяет требованиям по на­

дежности и живучести, то следует предпринять специальные меры

по обеспечению необходимого уровня этих показателей, связанные с определенными затратами, которые в общем случае вызываются

избыточностью аппаратуры. На рис. 2.1 приведена классификация методов введения избыточности. Конкретное использование неко­

торых из этих методов будет рассмотрено в следующих главах.

Эксплуатационные характеристики судовых систем контроля во

многом определяются включением в них человека-оператора. Эти системы являются комплексами «человек-техника», и учет свойств

оператора, приспособленности к нему технических средств имеет

очень важное значение для оценки системы в целом. Современные судовые САК содержат большое количество разнородного оборудова­

55

ния, при управлении которым человек-оператор испытывает значи­ тельные трудности. Причина этих трудностей, кроме необходимости одновременного наблюдения за большим числом параметров и управ­ ления ими, заключается в высоких скоростях протекания процес­ сов и удаленности оператора от механизмов и установок. Влияние оператора часто сказывается на быстродействии, точности и надеж­

ности процесса контроля. Имеются статистические данные, свиде­

тельствующие о том, что до 50% отказов систем вызвано неправиль­

ными действиями оператора. Вместе с тем оператор может учесть и корректировать неправильные действия отдельных приборов и ме­

ханизмов, найти новые режимы работы и т. д ., что значительно

влияет на характеристику надежности системы.

Очень важным фактором, действующим на функциональные

характеристики САК, является пропускная способность оператора

характеризующая скорость переработки им информации. Считается, что максимальное значение этого показателя не превышает 50 бит/с [66], т. е. значительно меньше пропускной способности информа­

ционных и управляющих вычислительных машин.

Для улучшения эргатических характеристик системы необхо­

димо учитывать все эти факторы с целью рациональной организации

сенсорного и моторного полей оператора и оптимального согласо­

вания характеристик системы с возможностями человека-оператора.

При разработке системы, включающей в себя человека-оператора,

необходимо, в первую очередь, правильно решить вопросы о сте­ пени автоматизации и необходимой численности операторов. Объек­

тивное решение этих вопросов возможно на базе имеющихся уже

данных и методов инженерной психологии. Однако часто допу­ скается принципиальная ошибка, состоящая в попытке приспосо­

бить оператора к системе, которая разрабатывалась без учета его свойств, в расчете на максимальную автоматизацию. При этом, как правило, оператор находится в неоптимальных условиях. Целесооб­ разно начинать разработку системы с выявления и специального изучения психических процессов при решении оператором возни­ кающих задач. Это позволит обеспечить оптимальную согласо­

ванность системы с оператором.

. Методы оценки эргатических характеристик в настоящее время

интенсивно развиваются [66, 67], однако полученные результаты

можно расценивать лишь как первые попытки решения рассмотрен­ ных задач.

Конструктивные показатели САК, такие как масса, габариты, вибростойкость, водозащищенность, весьма важны для судовых си­ стем. Методы оценки этих показателей относительно просты и обычно

не вызывают затруднений. В последние годы нашло широкое при­

менение блочно-модульное исполнение систем, причем размеры и

формы блоков, модулей, щитов, пультов и т. д. в основном норма­

лизованы, что значительно упрощает процесс конструирования си­

стемы и определения конструктивных параметров.

Важнейшую группу составляют экономические показатели си­ стемы, в качестве которых наиболее часто принимают срок окупае­

56

мости t, приведенные Затраты Wn, полные затраты W [9, 10 ]. Эти

обобщенные показатели определяются стоимостью научно-исследова­

тельских работ, проектирования и изготовления Wp, эксплуата­ ционными расходами в год W3, экономическим эффектом В, дости­

гаемым при применении системы в течение года. Зависимости между ними имеют вид

т __

%~ B - W b ’

Wa = Wp +T„W 3,

W = W p + TeW3,

где тн — нормативный срок окупаемости; Тс — продолжительность

использования системы.

Наиболее общий из этих показателей — полные затраты W,

тесно связанные с такими обобщенными экономическими категори­ ями, как затраты общественного труда и прибыль.

Рассмотрим связь полных затрат и прибыли, получаемой от

внедрения системы. Пусть расходы на эксплуатацию объекта (уста­

новки, агрегата, судна в целом) без затрат на разрабатываемую

систему контроля равны Wo6, а производительность объекта без этой системы характеризуется значением Qo6.

В результате применения разрабатываемой САК достигается по­

вышение производительности объекта, которое при использовании

Естественно, что максимальная прибыль, получаемая от внедре­

ния системы контроля, будет достигнута при отсутствии затрат на

нее, что соответствует выражению

ного варианта системы контроля, не обеспечивающего в общем слу­

57

нечно, не относится к тем объектам, которые без наличия автома­ тического контроля функционировать вообще не могут.

Выражение (2.2.7) можно разложить в ряд Тейлора по пара­ метру AQ. Линейная часть этого выражения будет иметь вид

АЛ = I i E z+ J jl + I j* (AQmax_ AQ).

4

Второе слагаемое в данном выражении характеризует прираще­ ние производительности в единицах затрат. Обозначив его через АВ

и умножив обе части выражения на Гс, получим

1У = Г р + Г с ( Г э + АВ).

Таким образом, задача максимизации прибыли эквивалентна в рассматриваемом случае задаче минимизации полных затрат.

Трудность оценки экономических показателей определяется не­ обходимостью выявления зависимостей данных показателей от тех­

нических параметров системы. Особенно это относится к стоимости

разработки, в значительной степени зависящей от того, насколько

новой в принципиальном отношении является система, какие новые

идеи и принципы в ней заложены, какая используется элементная база, каков опыт и состав исследовательских и проектных коллекти­ вов и т. д. Этими же факторами во многом определяется и стоимость эксплуатации. Кроме того, на стоимость изготовления и эксплуа­

тации значительно влияет качество проведения научно-исследова­

тельских и проектных работ и много других весьма индивидуальных для каждой системы факторов. Поэтому наибольшее применение для

определения стоимостных показателей получили эвристические ме­

тоды, основанные на использовании прошлого опыта в разработке, изготовлении и эксплуатации систем, близких по основным харак­

теристикам к исследуемой.

Весьма важным свойством судовых систем контроля и управле­ ния является модернизационная способность системы. Уникальность

каждого вновь проектируемого судна, наличие судов разного класса,

находящихся в эксплуатации и нуждающихся во введении автома­

проектирования и внедрения САК таковы, что зачастую при внедре­ нии САК возникают новые задачи, решение которых не предусматри­ валось первоначальным заданием. Чем выше модернизационная спо­ собность системы, тем меньше расходы на привязку ее к новому типу судна, дешевле эксплуатация и т. д. Возможны два метода решения задачи повышения модернизационной способности.

Каждая система предназначена для выполнения серии задач.

Характеристики задачи g0 принимают различные значения из не­

которого множества G0 с разной частотой. Введем нормированную

58